DE2362878A1 - AS-WORKED BAINITIC IRON ALLOY AND METHOD FOR MAKING IT - Google Patents
AS-WORKED BAINITIC IRON ALLOY AND METHOD FOR MAKING ITInfo
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Description
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BETHLEHEM STEEL CORPORATION, Bethlehem, Pennsylvania, VStABETHLEHEM STEEL CORPORATION, Bethlehem, Pennsylvania, VStA
Bearbeitete (as-worked) bainitische Eisenlegierung mad Verfahren zu ihrer HerstellungAs-worked bainitic iron alloy mad Process for their manufacture
Die Erfindung betrifft eine bearbeitete (as-worked) bainitische Eisenlegierung sowie ein Verfahren mit einer thermomechanischen Behandlung einer derartigen Legierung, Bainit ist metallurgisch definiert als eines der Umwandlungsprodukte von Austenit. Durch Abkühlung von Austenit erzielt man die Umwandlung zu Bainit in dem Temperaturbereich von etwa 538 bis 232 0C (1000 bis 450 0F). Die Mikrostruktur unterscheidet sich von der von Perlit, einem Hochtemperaturumwandlungsprodukt von Austenit, dadurch, daß sie nadeiförmiger Natur ist· Das letzte im allgemeinen anzutreffende Umwandlungsprodukt ist Martensit. Die Umwandlung zu Martensit muß jedoch unmittelbar vom Austenit aus erfolgen, d.h. ohne vorherige Umwandlung zu Ferrit, Perlit oder Bainit. Anders als die Umwandlung zu Perlit oder Bainit ist sie nicht zeitabhängig, sondernThe invention relates to an as-worked bainitic iron alloy and a method with a thermomechanical treatment of such an alloy, bainite is metallurgically defined as one of the conversion products of austenite. By cooling from austenite to bainite is obtained, the conversion in the temperature range of about 538-232 0 C (1000-450 0 F). The microstructure differs from that of pearlite, a high temperature transformation product of austenite, in that it is acicular in nature. The last transformation product commonly encountered is martensite. The conversion to martensite must, however, take place directly from the austenite, ie without prior conversion to ferrite, pearlite or bainite. Unlike the conversion to pearlite or bainite, it is not time-dependent, but
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erfolgt bei der Abkühlung fast momentan, 'occurs almost instantaneously when cooling down, '
In letzter Zeit wurden die Zeiten, Temperaturen und Geschwindigkeiten der Umwandlung verschiedener Stähle bestimmt und graphisch aufgetragen, wobei man eine Reihe von Diagrammen erhielt, die als isotherme Zeit-Temperatur-Umwandlungs- oder ZTÜ-Diagramme oder S-Kurven bekannt sind. Eine geläufige Veröffentlichung, die I-T und C-T- oder kontinuierliche Abkühlungsdiagramme für Standardstähle sowie Modifikationen davon enthält, ist "The Atlas of Isothermal Transformation Diagrams", herausgegeben von U. S. Steel, 1963. Selbstverständlich ist der oben angegebene Temperaturbereich nicht im einschränkenden Sinne aufzufassen, sondern stellt lediglich ein Beispiel für einen typisehen Stahl dar. Ein schneller Überblick über ein I-T-Diagramm für einen gegebenen Stahl führt zu einer besseren Beurteilung (closer reading) des Stahls. Trotzdem sind diese Diagramme, wenn sie auch gut sind, dennoch nicht genau genug, was insbesondere exakte Zeit- und Temperaturangaben betrifft.Recently, the times, temperatures and rates of transformation of various steels have been determined and plotted graphically to give a series of graphs which are termed isothermal time-temperature-conversion or ZTÜ diagrams or S-curves are known. A common publication, the I-T and contains C-T or continuous cooling diagrams for standard steels and modifications thereof "The Atlas of Isothermal Transformation Diagrams," edited by U.S. Steel, 1963. Of course the temperature range given above is not to be interpreted in a restrictive sense, but merely represents an example of a typical steel. A fast one Overview of an I-T diagram for a given steel leads to a better assessment (closer reading) of steel. Even so, these graphs, while good, are still not accurate enough, which in particular exact time and temperature specifications are concerned.
Beispielsweise wurden die I-T-Diagramme durch untersuchung des Umwandlungsverhaltens eines Stahles bei einer Reihe von Temperaturen unterhalb der kritischen Temperatur A^ ermittelt, indem man kleine Proben in einem Flüssigkeitsbad auf die gewünschte Temperatur abschreckte, sie sich isotherm umwandeln ließ und den Fortschritt der Umwandlung metallographisch verfolgte. Aus den dabei erhaltenen Ergebnissen konnten die Kurven gezeichnet werden. Ganz allgemein umfaßt dieses Verfahren Erhitzen, Abschrecken, Halten bei der Temperatur (holding) und Abkühlen. Es wurde gefunden, daß Behandlungsabwandlungen, wie beispielsweise Bearbeiten oder Walzen, die tatsächliche Zeit und Temperatur für die Umwandlung, insbesondere die Perlitumwandlung, beeinflussen. Insbesondere wurde gefunden,For example, the I-T diagrams have been researched through the transformation behavior of a steel at a number of temperatures below the critical temperature A ^ determined by quenching small samples in a liquid bath to the desired temperature, they themselves converted isothermally and followed the progress of the conversion metallographically. The curves could be drawn from the results obtained. In general, this process includes heating, quenching, Holding at temperature and cooling down. Treatment modifications such as machining or rolling have been found to reduce the actual time and temperature for the transformation, especially the pearlite transformation, influence. In particular, it was found
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ORiQJNALr INaPEGTSDORiQJNALr INaPEGTSD
daß der Einschluß eines Austenit-Bearbeitungsschrittes die ümwandlungskinetik des Stahls veränderte, indem die Kurve auf eine höhere Temperatur verschoben wurde. Diese Erscheinung wurde von Y. E. Smith in "Metallurgical Transactions", V. 2, Juni 1971, bestätigt. Trotzdem bleibt das I-T-Diagramm mit den offensichtlichen Einschränkungen eine bedeutsame Grundlage für die Auswahl der richtigen Eisenlegierung und zur Vorhersage von Ergebnissen, wenn die Legierung dem hier angeführten Verfahren unterworfen wird.that the inclusion of an austenite machining step changed the transformation kinetics of the steel by the Curve was shifted to a higher temperature. This phenomenon was reported by Y. E. Smith in Metallurgical Transactions ", V. 2, June 1971. Even so, the I-T diagram remains with the obvious limitations a meaningful basis for choosing the right ferrous alloy and predicting results, when the alloy is subjected to the procedure outlined here.
Bei den herkömmlichen Verfahren wurde die thermomechanische Behandlung von Stahl seit langem als Mittel zur Verbesserung der mechanischen Eigenschaften angesehen. Mehrere Behandlungsarten wurden entwickelt, von denen das am besten bekannte das Ausformen ("ausformihg11) ist. In der Zeichnung ist diese Behandlungsart zusammen mit einer typischen I-T-Kurve einer bainitischen Eisenlegierung schematisch dargestellt. Eine weitere Behandlungsart ist das Isoformen (Isoforming), bei dem die Eisenlegierung bearbeitet wird, während sie sich isotherm in Perlit umwandelt. Diese Behandlungsart sowie das gewöhnliche und das gesteuerte Heißwalzen sind in derselben Art wie das Ausformen in der Zeichnung erläutert.In conventional processes, the thermomechanical treatment of steel has long been viewed as a means of improving mechanical properties. Several types of treatment have been developed, the best known of which is forming ("Ausformihg 11 ). In the drawing this type of treatment is shown schematically together with a typical IT curve for a bainitic iron alloy. Another type of treatment is isoforming, at where the iron alloy is worked while it is isothermally transformed into pearlite.This type of treatment, as well as ordinary and controlled hot rolling, are explained in the same way as the forming in the drawing.
Abwandlungen von bestimmten dieser Behandlungsarten wurden gemäß den folgenden USA-Patentschriften vorgenommen:Modifications to certain of these types of treatments have been made in accordance with the following United States patents:
2 717 846, 3 215 565, 2 240 634, 3 303 O61, 3 340 102,2 717 846, 3 215 565, 2 240 634, 3 303 O61, 3 340 102,
3 444 008, 3 453 152 und 3 645 801. Während in einigen dieser Patentschriften Legierungen beschrieben sind, die sich nach der im folgenden angegebenen Methode bearbeiten lassen, ist doch keiner von ihnen einzeln oder in Kombination mit einer oder mehreren anderen die Lehre zu entnehmen, die Gegenstand der im folgenden beschriebenen Erfindung ist.3,444,008, 3,453,152 and 3,645,801. While some of these patents describe alloys which can be edited using the method given below, but none of them are singular or in combination with one or more others to infer the teaching that is the subject of the invention described below is.
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Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung einer hochfesten Eisenlegierung mit einer Cv-15 Kerbzähigkeitsübergangstemperatur von unter etwa -32 0C (-25 0F) im gewalzten (as-rolled) Zustand sowie einem Diagramm für die isotherme Umwandlung, indem bei der beginnenden Kurve das Knie für die Perlitumwandlung seitwärts nach rechts von dem Knie für die baini ti sehe Umwandlung bei niedrigerer Temperatur verschoben ist, und mit einem Gehalt von im wesentlichen etwa 0,03 bis 0,65 Gewichtsprozent Kohlenstoff, mindestens etwa 0,25 Gewichtsprozent Molybdän sowie an einem oder mehreren der Elemente Bor, Mangan, Nickel und Chrom, Rest im wesentlichen Eisen, das dadurch gekennzeichnet ist, daß man die Legierung auf eine Austenitisierungstemperatur zwischen etwa 816 und 1204 0C (1500 und 2200 0F) erhitzt und bei fortschreitend niedriger Temperatur einer Anzahl von Bearbeitungsstufen unterwirft, wobei die Endbearbeitungsstufe nach dem Beginn und vor Vervollständigung der Austenit/Bainit-Umwandlung durchgeführt wird.The invention relates to a process for producing a high-strength iron alloy having a Cv-15 notch toughness transition temperature of below about -32 0 C (-25 0 F) in the rolled (as-rolled) state and a diagram for the isothermal transformation by at the beginning of the Curve the knee for the pearlite conversion is shifted sideways to the right of the knee for the baini ti see conversion at lower temperature, and containing essentially about 0.03 to 0.65 weight percent carbon, at least about 0.25 weight percent molybdenum as well on one or more of the elements boron, manganese, nickel and chromium, the remainder being essentially iron, which is characterized in that the alloy is heated to an austenitizing temperature between about 816 and 1204 0 C (1500 and 2200 0 F) and progressively lower Temperature subjected to a number of processing stages, the finishing stage after the start and before completion of the austenite / B ainit conversion is performed.
Gegenstand der Erfindung ist weiterhin eine bearbeitete (as-worked) bainitische Eisenlegierung, bestehend im wesentlichen aus etwa 0,03 bis 0,65 Gewichtsprozent Kohlenstoff, mindestens etwa 0,25 Gewichtsprozent Molybdän, einem Zusatz aus einem oder mehreren der Elemente Bor, Mangan, Nickel und Chrom, Rest im wesentlichen Eisen, deren MikroStruktur durch feine, längliche Körner und eine kristallographische Struktur, die durch eine (111) fi10J-Kornorientierung beherrscht wird, gekennzeichnet ist.The invention also relates to an as-worked bainitic iron alloy, consisting essentially from about 0.03 to 0.65 percent by weight carbon, at least about 0.25 percent by weight molybdenum, an addition of one or more of the elements boron, manganese, nickel and chromium, the remainder being essentially iron, their Micro-structure through fine, elongated grains and a crystallographic structure, which is determined by a (111) fi10J grain orientation is dominated, is marked.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren beträgt die Zahl der Bearbeitungsstufen der Legierung in austenitisierter Form vorzugsweise mindestens 5.In the method according to the invention, the number of processing stages of the alloy is in austenitized form preferably at least 5.
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Während die Endbearbeitung während der Umwandlung des Austenits in dem Bainit stattfinden muß, soll die erste Bearbeitungsstufe bereits einsetzen, während die Legierung noch eine Temperatur oberhalb von 816 0C (1500 0F) besitzt. Durch dieses Verfahren wird eine optimale Kombination von Festigkeit und Zähigkeit in dem bearbeiteten Zustand erzielt. Metallographisch wird die bearbeitete Legierung durch feine Körner und Zellen mit sehr feinen, gleichmäßig verteilten Carbiden gekennzeichnet.While the finish has to take place during the conversion of the austenite into bainite, the first processing stage is already running, while the alloy still has a temperature above 816 0 C (1500 0 F). This process achieves an optimal combination of strength and toughness in the machined condition. Metallographically, the machined alloy is characterized by fine grains and cells with very fine, evenly distributed carbides.
In einer bevorzugten Durchführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird eine bainitische Eisenlegierung mit einem Diagramm für die isotherme Umwandlung, in dem das Knie für die Perlitumwandlung der beginnenden Kurve seitlich nach rechts von dem Knie für die bei tieferer Temperatur stattfindende bainitische Umwandlung verschoben ist, auf eine Austenitisierungstemperatur von zwischen etwa 816 und 1204 0C (1500 bis 2200 0F) und vorzugsweise mindestens etwa 871 0C (1600 0F) erhitzt und mindestens zwei und vorzugsweise mindestens fünf Bearbeitungsstufen unterworfen, um den Querschnitt der Legierung zu verringern, wobei die letzte der Stufen innerhalb des Bereichs der bainitischen Umwandlung erfolgt. In a preferred embodiment of the method according to the invention, a bainitic iron alloy with a diagram for the isothermal transformation, in which the knee for the pearlite transformation of the beginning curve is shifted laterally to the right of the knee for the bainitic transformation taking place at a lower temperature, to an austenitizing temperature of heated between about 816 and 1204 0 C (1500 to 2200 0 F) and preferably at least about 871 0 C (1600 0 F) and subjected to at least two and preferably at least five processing steps to reduce the cross section of the alloy, the last of the steps occurs within the range of bainitic transformation.
In der Zeichnung wird das erfindungsgemäße Verfahren an Hand einer typischen I-T-Kurve einer bainitischen Legierung, die sich nach dem erfindungsgemäßen Verfahren behandeln läßt, erläutert, wobei ferner die bereits oben erwähnten vier dem Stand der Technik angehörenden sowie das erfindungsgemäße Verfahren mit ihren schematischen Darstellungen der thermomechanisehen Behandlungsgänge in derselben Zeichnung miteinander verglichen werden.The method according to the invention is shown in the drawing Hand of a typical I-T curve of a bainitic alloy, which is obtained by the method according to the invention can treat, explained, and also the four above-mentioned prior art as well the method according to the invention with its schematic representations of the thermomechanical treatment courses can be compared in the same drawing.
In der folgenden Tabelle I ist eine Anzahl von Eisengrundlegierungen gemäß der Erfindung mit ihren Zusammensetzungen in Gewichtsprozent aufgeführt.In the following Table I are a number of iron base alloys according to the invention with their compositions listed in percent by weight.
4098 27/02764098 27/0276
3131
CVJCVJ
roro
CM IO CMCM IO CM
O O OO O O
O O OO O O
•fc «h ·*• fc «h * *
O O OO O O
vo CMvo CM
roro
CM CM VO τ- ΙΟ CM CM CM τ- CMCM CM VO τ- ΙΟ CM CM CM τ- CM
O O O O O OOO νο ιο νο ιη 4·νο ιο νο ιη 4
O O O CM CM O O O O OO O O CM CM O O O O O
Φ H H ΦΦ H H Φ
ο σ\ ιλ νο θΛσ»ιοο σ \ ιλ νο θΛσ »ιο
VO !ft IO IO N N ΙΛVO! Ft IO IO N N ΙΛ
Q O fOQ O fO O τ-O τ-
CMCM
CTt OO OOCTt OO OO
•k « «• k ««
O OOO OO
<f CM O O<f CM O O
a o a o
T-T-T-OOT-T-T-OO τ-ΟΟΟτ-τ-Οτ-ΟΟΟτ-τ-Ο
O O O CM O OO O O CM O O
4 (O IO N IN lf\t IA O O\4 (O IO N IN lf \ t IA OO \
O OO O
O invocovoo-*or>- O invocovoo- * or> -
O O O O O O O O O O O O r OO O O O O O O O O O O r O
ro cm cm vo ro ro cm cmro cm cm vo ro ro cm cm
IlIl
ίο ο ίο ν in ίθΝ ίο ο ίο ν in ίθΝ
A Φ O , co U. •Η Φ +»ιΗ •Η β β Φ A Φ O, co U. • Η Φ + »ιΗ • Η β β Φ •η α• η α CO-HCO-H PQHPQH
Α09827/0276Α09827 / 0276
Jeder der in der Tabelle I aufgeführten bainitischen Legierungen A bis W ist durch ein doppelnasiges I-T-Diagramm gekennzeichnet, in dem die obere oder perlitische Nase seitlich nach rechts von der unteren Nase für die bainitische Umwandlung verschoben ist. Für sämtliche dieser Legierungen liegt das Ende oder die Spitze der perlitischen Nase irgendwo zwischen 649 und 732 0C (1200 und 1350 0F). Mit anderen Worten ist es durch die geeignete Wahl der Zusammensetzung, d.h. von Zusätzen, die die Verzögerung der isothermen Umwandlung ausgleichen, sowie von Härtbarkeitszusätzen möglich, eine Legierung auszuwählen, die hinreichende Umwandlungszeitverzögerungen besitzt, um das Bearbeiten und Kühlen von der Austenitisierungstemperatur über die perlitische Nase hinaus und zugleich die bainitische Umwandlung zu ermöglichen.Each of the bainitic alloys A through W listed in Table I is identified by a double-nosed IT diagram in which the upper or pearlitic nose is shifted laterally to the right of the lower nose for bainitic transformation. The end or tip of the pearlitic nose lies somewhere 649-732 0 C (1200 to 1350 0 F) for all these alloys. In other words, through the appropriate choice of composition, i.e. additives that compensate for the delay in isothermal transformation, as well as hardenability additives, it is possible to select an alloy that has sufficient transformation time delays to allow machining and cooling from the austenitizing temperature via the pearlitic nose beyond and at the same time to enable the bainitic transformation.
Bei der Zusammensetzung der exemplarischen Legierungen gemäß Tabelle I fällt auf, daß vier Elemente (C, Hn, Ho und Cr) durch ihre Anwesenheit in sämtlichen außer zwei Legierungen ins Auge fallen. Sämtliche der genannten Elemente sind in den Verbindungen wegen ihrer Wirkung auf die Härtbarkeit sowie ihrer Gesamtwirkung zur Verzögerung der isothermen Umwandlung vorhanden. Die Härtbarkeit einer Eisenlegierung hängt in großem Maße von ihrer chemischen Zusammensetzung ab, und jeder-Zusatz oder jedes in der Legierung anwesende Elenent beeinflußt die Härtbarkeit in einem bestimmten Ausmaß. Dies ist hinreichend bekannt, so daß es ausreicht, festzustellen, daß das Ausmaß bei den einzelnen Zusätzen sowie bei variierenden Unterbereichen innerhalb eines breiten Bereiches für einen Elementzusatz verschieden ist.In the composition of the exemplary alloys according to Table I, it is noticeable that four elements (C, Hn, Ho and Cr) are conspicuous by their presence in all but two alloys. All of the elements mentioned are in the compounds because of their effect on hardenability as well as their overall effect on retardation the isothermal transformation is present. The hardenability of an iron alloy depends in large measure on its chemical Composition off, and any additive or any in the alloy Elenent present influences the hardenability to a certain extent. This is well known so that it is sufficient to state that the extent of the individual additions as well as of varying sub-areas is different within a wide range for an element addition.
Erfindungsgemäß ist Kohlenstoff, der von Natur aus in Stahl vorhanden ist, in einer Henge anwesend, die aus-According to the invention, carbon, which is naturally present in steel, is present in a henge that consists of
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reicht, daß nach dem Endabkühlen ausgefällte Carbide erhalten werden. Im allgemeinen ist es zweckmäßig in der Legierung 0,10 bis 0,50 Gew.% zu haben, jedoch kann auch ein weiterer Bereich von 0,03 bis 0,65 Gew.# mit Erfolg angewandt werden. Wie bereits erwähnt, beeinflussen sämtliche Elementzusätze die Härtbarkeit. Außerdem sind sämtliche Elementzusätze in größerem oder geringerem Ausmaß für die Verzögerung der isothermen Umwandlung bedeutsam. Beispielsweise wirkt eine Anzahl von Zusätzen, wie beispielsweise die von Molybdän, Chrom, Vanadin, Silicium, Titan und Niob (im folgenden als Zusätze der Gruppe I bezeichnet) in der Weise, daß sie die Perlitnase nach rechts verschieben. Eines der wirksamsten Zusatzelemente ist Molybdän. Diese genannten Zusätze müssen von solchen anderer Elemente, wie beispielsweise Mangan, Nickel, Bor, Stickstoff und Cobalt, unterschieden werden, die in der Weise wirken, daß sie die Gesamte S-Kurve nach rechts verschieben ;cfi.ese Zusätze werden im folgenden als solche der Gruppe II bezeichnet. Während einer oder mehrere der Zusätze der Gruppe I zweckmäßig sind, enthält die Legierung vorzugsweise mindestens 0,25 Gew.# Molybdän. Wenn jedoch ein geringerer Molybdänzusatz verwendet wird, ist es zweckmäßig, mindestens 0,75 und vorzugsweise 1,00 Gew.% Chrom zuzusetzen« Diese Elemente (Chrom und Molybdän) sowie die anderen der Zusatzgruppe I haben sich als Ferritstabilisatoren erwiesen, und, wie oben erwähnt, verzögern sämtliche Zusätze der Gruppe I die Perlitumwandlung, d.h. verschieben die Perlitnase weiter nach rechts.is sufficient that precipitated carbides are obtained after the final cooling. In general, it is useful in the Alloy 0.10 to 0.50 wt.%, However a wider range of 0.03 to 0.65 wt.% Can be used with success can be applied. As already mentioned, all element additives influence the hardenability. Besides, all are Element additions to a greater or lesser extent are significant for retarding the isothermal transformation. For example, a number of additives, such as those of molybdenum, chromium, vanadium, silicon, Titanium and niobium (hereinafter referred to as group I additives) in such a way that they have the pearlite nose to the right move. One of the most effective additives is molybdenum. These additives mentioned must be different from those of others Elements such as manganese, nickel, boron, nitrogen and cobalt, are differentiated in the Have the effect of shifting the entire S-curve to the right; cfi.ese additions are hereinafter referred to as those of Group II designated. While one or more of the Group I additives are useful, the alloy contains preferably at least 0.25 wt. molybdenum. However, if a lower addition of molybdenum is used, it is it is advisable to add at least 0.75 and preferably 1.00 wt.% of chromium «These elements (chromium and molybdenum) as well the others in additional group I have proven to be ferrite stabilizers and, as mentioned above, retard all additives of group I the pearlite transformation, i.e. move the pearlite nose further to the right.
Bei den einzelnen Stufen des erfindungsgemäßen Verfahrens zeichnet sich die erste Stufe des Erhitzens der bainitischen Eisenlegierung auf Austenitisierungstemperatur von etwa 816 bis 1204 0C (1500 bis 2200 0F) dadurch aus, daß auf ihr die erste Bearbeitungsstufe, wie beispielsweise Walzen, beginnt. Zwischen der Anfangstemperatur und derIn the individual stages of the process according to the invention, the first stage of heating the bainitic iron alloy to an austenitizing temperature of about 816 to 1204 ° C (1500 to 2200 ° F) is characterized in that the first processing stage, such as rolling, begins on it. Between the initial temperature and the
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Einsetztemperatur für die bainitische Umwandlung (B -Temperatur), die im Bereich von 482 bis 593 C (900 bis 1100 0F) liegt, sollten mehrere Querschnittsverringerungen oder Durchgänge, vorzugsweise mindestens vier erfolgen, wobei jede Verringerung um mindestens etwa 10% erfolgt. Diese Folge verursacht eine Verfeinerung des Kornes des Austenits durch wiederholte Deformierung und Rekristallisation. Bei der Verfeinerung der Korngröße des Austenits können Zusätze von carbi dbildenden Elementen durch Niederschlagsbildung im Austenit mithelfen. Bei den niedrigeren Temperaturen wird die Rekristallisation des Austenits verzögert, und die Deformation verursacht eine substrukturelle und strukturelle Entwicklung in den vorherigen Austenitkörnern. Weiter umfaßt dieses Vorgehen mindestens einen weiteren Durchgang unterhalb der bainitischen Anfangstemperatur, um zusätzliche Versetzungen zu schaffen, die als Stellen für die Kernbildung bei der Carbidausfällung dienen. Letzteres ist erforderlich, um zahlreiche, feine Ausfällungen zu erzielen, die die Festigkeit erhöhen und die Kerbzähigkeit verbessern. Schließlich liefert diese letzte Verringerung in Kombination mit den vorher durchgeführten Behandlungen eine optimale Struktur, d.h. feine Körner und Zellen mit sehr feinen, gleichmäßig verteilten Carbiden und einer optimalen kristallographischen Struktur, wie sie für die verbesserten Eigenschaften erforderlich ist.Onset temperature for the bainitic transformation (B temperature), which is in the range from 482 to 593 C (900 to 1100 0 F), should have several cross-sectional reductions or passages are preferably carried out at least four, each reduction of at least about 10% takes place. This consequence causes a refinement of the austenite grain through repeated deformation and recrystallization. When the grain size of the austenite is refined, the addition of carbide-forming elements can help through the formation of precipitates in the austenite. At the lower temperatures, the recrystallization of the austenite is delayed and the deformation causes a sub-structural and structural development in the previous austenite grains. This procedure further includes at least one further pass below the bainitic initial temperature in order to create additional dislocations which serve as sites for nucleation during the carbide precipitation. The latter is necessary in order to achieve numerous, fine precipitates, which increase the strength and improve the notch toughness. Ultimately, this last reduction in combination with the previous treatments provides an optimal structure, ie fine grains and cells with very fine, evenly distributed carbides and an optimal crystallographic structure, as is required for the improved properties.
Genauer gesagt, besteht die MikroStruktur der bearbeiteten (as-worked) Legierungen gemäß der Erfindung aus einer feinen, länglichen Kornstruktur mit einer lattenähnlichen Substruktur und feinen Carbiden von der Größenordnung von 0,01 bis 0,03 /um an den Lattengrenzen und innerhalb der Latten dispergiert. Dieses Gefüge ist außerdem mit einer beherrschenden kristallographischen Struktur von (111) l_ 110.]* verknüpft (Bezeichnung nach dem Miller »sehen kri-More specifically, the microstructure of the as-worked alloys according to the invention consists of a fine, elongated grain structure with a slat-like structure Substructure and fine carbides of the order of 0.01 to 0.03 / µm at the lath boundaries and within the Slats dispersed. This structure is also associated with a dominant crystallographic structure of (111) l_ 110.] * linked (designation according to Miller »see critical
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stallographisehen Indexsystem). Auf den gewalzten Platten wird diese Struktur auf der Querebene oder senkrecht zur Walzrichtung gmessen. Die Intensität liegt im Bereich vom 2,5- bis 3,5-fachem des Random-Wertes, bestimmt nach der "nine-plane inverse pole figure"-Technik. Ein Wert von 1,0 bedeutet eine völlig statistische Orientierung, während ein Wert von 9,0 100%ige Orientierung oder die Orientierung eines einzelnen Kristalls darstellt.stallographic index system). On the rolled plates this structure is measured on the transverse plane or perpendicular to the rolling direction. The intensity is in the range of 2.5 to 3.5 times the random value, determined according to the "nine-plane inverse pole figure" technique. A value of 1.0 means a completely statistical orientation, while a value of 9.0 means 100% orientation or the Represents orientation of a single crystal.
Im Gegensatz dazu weist dieselbe Legierung, wenn sie oberhalb von 871 0C (1600 0F) heißgewalzt und endbehandelt worden ist, eine Mikrostruktur mit großen gleichachsigen Körnernauf (ASTM Nr. 3-5). Es gibt weiterhin keine lattenartige Substruktur, jedoch treten große Carbide von der Größenordnung von 1 bis 5 /um innerhalb der Körner und an den Korngrenzen auf. Diese Struktur nähert sich dem statistischen Wert, wobei die Intensität einer bestimmten Orientierung unterhalb des 2,5-fachen Zufallswertes liegt, gemessen in dem obigen System.In contrast, the same alloy when (F 1600 0) hot-rolled above 871 0 C and is finally treated, a micro-structure with large equiaxed Körnernauf (ASTM no. 3-5). There is still no lath-like substructure, but large carbides on the order of 1 to 5 μm occur within the grains and at the grain boundaries. This structure approximates the statistical value, the intensity of a certain orientation being below 2.5 times the random value, measured in the above system.
Die verbesserten Eigenschaften der erfindungsgemäßen Legierungen können am besten an Hand der Walzdaten und spezifischen Eigenschaften von sechs baini ti sehen Legierungen, die nach der erfindungsgemäßen Methode behandelt worden sind, im Vergleich zu dem herkömmlichen Heißwalzverfahren herausgestellt werden, wie in der Zeichnung schematisch gegenübergestellt. In der folgenden Tabelle II sind die Zusammensetzungen in Gewichtsprozent für die bainitischen Eisenlegierungen angegeben, während in der Tabelle III die Walzdaten und erzielten Eigenschaften zusammengestellt sind.The improved properties of the alloys according to the invention can best be seen on the basis of the rolling data and specific Properties of six baini ti alloys that have been treated according to the method according to the invention can be seen are shown in comparison with the conventional hot rolling process, as shown schematically in the drawing juxtaposed. In the following Table II the compositions in percent by weight for the bainitic Iron alloys are given, while in Table III the rolling data and properties achieved are compiled are.
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Um einen richtigen Vergleich zwischen den gemäß der Erfindung bearbeiteten Stahllegierungen und den herkömmlicherweise gewalzten Stahllegierungen zu erzielen, erfolgten sämtliche Querschnittsverringerungen von 10,2 bis 1,3 cm (4:bis 0,5 inch) im wesentlichen gemäß einem der beiden in der folgenden Tabelle IV angeführten Querschnittsverringerungsabläufe·To make a correct comparison between those according to the invention In order to achieve the machined steel alloys and the conventionally rolled steel alloys, all reductions were made from 10.2 to 1.3 cm (4: to 0.5 inches) in substantial accordance with either of the two in Table IV below cited cross-section reduction processes
(1590 0F) endbearbeitet wurden, betrug etwa drei Minuten, diejenige für zwischen 643 und 371 0C (1190 und 700 0F) endbearbeiteten Legierungen betrug 10 bis 26 Minuten.(1590 0 F) were finished, was about three minutes, that for 643 to 371 0 C (1190 0 F and 700) finished alloys was 10 to 26 minutes.
Zwar wurden die Temperaturen nicht bei jedem Durchgang für jede Legierung bestimmt, jedoch in den Fällen, in denen sie gemessen wurden, erwiesen sie sich als linear, sie folgten von der bestimmten Anfangstemperatur aus einer verhältnismäßig konstanten Abkühlgeschwindigkeit bis zur Endtemperatur. Für die erfindungsgemäßen Legierungen variierte die Abkühlgeschwindigkeit zwischen etwa 19 und 28 0C/min (35-50°F/min). Die beschriebenen Querschnittsverringerungsbedingungen sind lediglich representativ,Although the temperatures were not determined for each alloy in each run, in the cases in which they were measured they were found to be linear, following a relatively constant cooling rate from the determined initial temperature to the final temperature. For the alloys of this invention, the cooling rate varied between about 19 and 28 0 C / min (35-50 ° F / min). The described area reduction conditions are only representative,
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da insbesondere bei Veränderungen in der Legierungszusammensetzung Abwandlungen vorgenommen werden können. Jedoch ist es bei sämtlichen Verringerungsarten wesentlich, daß mindestens die letzte Verringerungsstufe innerhalb des bainitischen Bereichs stattfindet und beendet ist, bevor die Umwandlung der Legierung in Bainit vollständig ist.especially when there are changes in the alloy composition Modifications can be made. However, in all types of reduction it is essential that at least the last stage of reduction within the bainitic range takes place and is complete before the conversion of the alloy to bainite is complete.
Aus den Ergebnissen der Tabelle III geht hervor, daß in fast sämtlichen Fällen, in denen nach dem erfindungsgemäßen Verfahren gearbeitet wurde, eine höhere Festigkeit und eine verbesserte Schlagzähigkeit erzielt wurden. Somit ist es mit Hilfe des beschriebenen Verfahrens möglich, optimale mechanische und Schlagzähigkeitseigenschaften in gewalzten (asrolled) Stählen ohne kostspielige Wärmebehandlungen zu erzielen. From the results of Table III it can be seen that in almost all cases in which by the method according to the invention was worked, a higher strength and an improved impact strength were achieved. So it is with With the help of the process described, it is possible to achieve optimal mechanical and impact strength properties in asrolled To achieve steels without costly heat treatments.
Daß optimale Eigenschaften erreicht wurden, läßt-sich klar an einem Vergleich der Legierungen AB3 und AB2 zeigen. Die Streckgrenze wurde um mindestens 64% erhöht, während die Übergangstemperatur von 24 0C auf -129 0C (75 0F auf -200 0F) erniedrigt wurde. Eine weitere deutliche Darstellung des erfindungsgemäß erzielten Effektes ergibt sich bei einem Vergleich der Legierung AB2 mit der Legierung AB1, wobei die zuletztgenannte erst nach vollständiger Umwandlung zu Bainit fertiggewalzt worden ist. Zwar sind die genauen kritischen Temperaturen für die bearbeitete Legierung nicht bekannt, doch sollte eine Legierung unter isothermen Umwandlungsbedingungen kritische Temperaturen für B und B~ von annähernd 493 bzw. 399 0C (920 bzw. 750 0F) aufweisen. Die kritische Temperatur für die bearbeitete Legierung sollte etwas darüber liegen. Trotzdem ist völlig klar, daß selbst 399 0C (750 0F), die isotherme B--Temperatur, sehr weit oberhalb der Endtemperatur von 327 0C (620 0F) für Legierung AB1 liegt. Während die Streckgrenze dieser Legierung etwa beim selben Wert wie die für die Legierung AB2 blieb, erkennt man, daß ein merklicher Verlust bei der Übergangstemperatur eintrat, indem diese Über-A comparison of the alloys AB3 and AB2 clearly shows that optimum properties have been achieved. The yield strength has been increased by at least 64%, while the transition temperature of 24 0 C to -129 0 C (75 0 F to -200 0 F) was lowered. A further clear illustration of the effect achieved according to the invention results from a comparison of the alloy AB2 with the alloy AB1, the latter being finish-rolled only after complete conversion to bainite. The exact critical temperatures for the alloy being processed are not known, but under isothermal conversion conditions an alloy should have critical temperatures for B and B ~ of approximately 493 and 399 ° C. (920 and 750 ° F), respectively. The critical temperature for the alloy being processed should be slightly higher. Nevertheless, it is perfectly clear that even 399 0 C (750 0 F), the isothermal B - Temperature, very (F 0 620) is far above the final temperature of 327 0 C for alloy AB1. While the yield strength of this alloy remained roughly the same as that for alloy AB2, it can be seen that a noticeable loss occurred at the transition temperature as this excess
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gangstemperatur von -129 auf -46 0C (-200 auf -50 0F) erhöht wurde.temperature was increased from -129 to -46 0 C (-200 to -50 0 F).
Es ist ferner zu erwarten, daß die Verbesserungen in Abhängigkeit
von der einzelnen behandelten Legierung unterschiedlich ausfallen, jedoch kann festgestellt werden, daß große
Verbesserungen in der Festigkeit und bzw. oder in den Schlagzähigkeitseigenschaften
in sämtlichen Fällen beobachtet wurden. The improvements are also expected to vary depending on the particular alloy being treated, but can be seen to be large
Improvements in strength and / or in impact properties were observed in all cases.
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Claims (10)
dadurch gekennzeichnet,2. The method according to claim 1,
characterized,
dadurch gekennzeichnet, daß vor Beginn der bainitischen Umwandlung mindestens vier Bearbeitungsstufen durchgeführt werden.3. The method according to claim 2,
characterized in that at least four processing stages are carried out before the start of the bainitic transformation.
dadurch gekennzeichnet, daß man den Querschnitt der Legierung in bis zu zehn Bearbeitungsschritten verringert.7. The method according to claim 2,
characterized in that the cross-section of the alloy is reduced in up to ten processing steps.
dadurch gekennzeichnet, daß die Mikrostruktur als weiteres Merkmal eine lattenartige Unterstruktur sowie an den Lattengrenzen und innerhalb der Latten verteilt feine Carbide aufweist,9. Alloy according to claim 8,
characterized in that the microstructure has as a further feature a lath-like substructure and fine carbides distributed at the lath boundaries and within the laths,
dadurch gekennzeichnet, daß die Carbide in einer Größenordnung von 0,01 bis 0,03 /um vorliegen.10. Alloy according to claim 9,
characterized in that the carbides are in the order of 0.01 to 0.03 µm.
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